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Stand der Technik
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Derzeit
werden verstärkt Hybridantriebe für Kraftfahrzeuge
entwickelt, bei denen der Hybridantrieb dadurch realisiert ist,
dass zusätzlich zum Verbrennungsmotor des Fahrzeugs ein
weiterer Antrieb, so z. B. ein elektrischer Antrieb, eingebaut ist.
Der Nutzen dieser Entwicklung liegt hauptsächlich in der Kraftstoffverbrauchsreduktion
und den niedrigen Emissionen solcher Antriebe. Bei Hybridantrieben kommen
neben elektrischen Maschinen als zusätzliche Antriebe auch
hydraulische Antriebe zum Einsatz. Der Einsatz hydraulischer Antriebe
erstreckt sich schwerpunktmäßig auf Baumaschinen,
Gabelstapler und auf militärische Anwendungszwecke.
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Antriebe
können neben fremdgezündeten Verbrennungsmotoren
auch selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen wie z. B.
einen Dieselmotor umfassen. Das Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume
von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen, wie z.
B. von Dieselmotoren, erfolgt über Hochdruckeinspritzsysteme
so z. B. Hochdruckspeichereinspritzsysteme (Common-Rail). Diese Kraftstoffeinspritzsysteme
stellen mithin eine Komponente in Hybridantriebssträngen
dar. Fahrzeuge, die einen Hybridantrieb umfassen, der als Verbrennungsmotor
einen Dieselmotor umfasst, können in Fahrsituationen geraten,
wie z. B. dem rein elektrischen Fahrbetrieb, Start-Stoppsituationen
oder Rekuperationsbetrieb, in denen der im Hochdruckspeicher (Common-Rail)
herrschende Ist-Druck (Ist-Systemdruck) nicht mit dem Soll-Systemdruck
der jeweiligen Fahrsituation eines konventionellen Antriebes, d.
h. eines Antriebsstranges nur mit Verbrennungskraftmaschine, in
diesem Falle einem Dieselmotor, übereinstimmt.
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Beim
heute erreichten Entwicklungsstand bezüglich Hochdruckspeichereinspritzsystemen,
wie z. B. dem Common-Rail-Einspritzsystem, werden bei der Verbrennungsmotor
Stopp-Startfunktion bereits Druckhaltefunktionen eingesetzt. Dazu
wird unmittelbar vor dem Abschalten des Verbrennungsmotors in Fahrzeughaltephasen
der Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher (Common-Rail) nicht abgebaut,
sondern mittels eines Druckhalteventils weiter vorgehalten, so dass
bei einem Wiederstart des Verbrennungsmotors der notwendige Kraftstoff-Einspritzdruck
im Hochdruckteil des Hochdruckspeichereinspritzsystems direkt bzw.
sehr schnell zur Verfügung steht. Durch das Druckhalteventil,
welches dem Hochdruckspeicher zugeordnet ist, kann im Idealfall der
im Hochdruckspeicher herrschende Druck gehalten werden, mithin der
Systemdruck aufrechterhalten werden. Falls es zu einem schleichenden
Druckverlust kommt, ist dieser jedoch sehr gering, so dass der notwendige
Systemdruck durch den die den Hochdruckspeicher (Common-Rail) beaufschlagende Hochdruckpumpe
sehr schnell wieder aufgebaut werden kann. Sehr kurze Startzeiten
des Verbrennungsmotors sind zwingend für die Akzeptanz
von Stopp-Startsystemen beim Anwender im Fahrzeug. Während
aus
DE 10 2005
040 783 A1 ein Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeugantriebseinheit
bekannt ist, bei dem ein kontinuierliches Vergleichen eines Gesamt-Ist-Momentes
mit einem zulässigen Gesamt-Moment erfolgt, ist eine Systemdrucküberwachung
in Hochdruckspeichern zwar mittels eines Druckhalteventiles bereits
aus dem Stand der Technik bekannt, jedoch ist eine situationsabhängige Druckanpassung,
wie sie im Rahmen von Hybridantrieben, so z. B. beim Übergang
vom rein elektrischen Fahren oder vom Rekuperationsbetrieb auf den
normalen Verbrennungsmotorbetrieb auftreten können, noch
nicht verfügbar.
DE 10 20005 040 783 A1 bezieht sich auf das
kontinuierliche Vergleichen eines Gesamt-Ist-Momentes mit einem
zulässigen Gesamt-Moment, wobei das Gesamt-Ist-Moment aus Einzel-Ist-Momenten
mindestens zweier einzelner Motoren und das zulässige Gesamt-Moment
aus zulässigen Einzel-Moment Werten der mindestens zwei Einzelmotoren
berechnet wird und wobei dann eine Fehlerreaktion eingeleitet wird,
wenn das Vergleichen ergibt, dass das Gesamt-Ist-Moment größer
als das zulässige Gesamt-Moment ist. Diese aus dem Stand
der Technik bekannte Lösung bezieht sich lediglich auf
einen Gesamt-Ist-Moment-Vergleich mit einem zulässigen
Gesamt-Moment. Während bei Stopp-Startsystemen bei konventionellen
Fahrzeugantrieben der Wiederstart des Verbrennungsmotors, sei es
eine selbstzündende, sei es eine fremdgezündete
Verbrennungskraftmaschine in Fahrsituationen, in denen keine bzw.
eine geringe Last aufgebracht werden muss, erfolgt, wird bei Fahrzeugen,
die mit Hybridantrieben ausgestattet sind, ein Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine
auch bei höheren Lasten und demzufolge auch höheren
Kraftstoffsolldrücken im Kraftstoffspeichereinspritzsystem
(Common-Rail) vollzogen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, insbesondere bei leckagefrei ausgeführten
Kraftstoffeinspritzsystemen (Common-Rail), bei denen der Hochdruckspeicherkörper
mit einem Druckregelventil ausgestattet ist, in Phasen, bei denen
in der Regel mit Hilfe einer Kupplung die selbstzündende
Verbrennungskraftmaschine vom Antriebsstrang abgekoppelt ist, den
Systemdruck im Hochdruckspeicher (Common-Rail) möglichst
hoch zu halten. Danach wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
unmittelbar vor dem Wiedereinkuppeln der selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine den Systemdruck im Hochdruckspeicherkörper
an das Druckerfordernis, welcher der aktuellen Fahrsituation angepasst
ist, anzupassen. Für den Fall, dass eine Druckreduktion
erforderlich ist, kann diese durch eine Betätigung des Druckregelventils
erfolgen. Bei einem erforderlichen Systemdruckanstieg im Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail)
bleibt das Druckregelventil hingegen geschlossen. In diesem Falle
kann der Systemdruck mit Hilfe der Hochdruckpumpe, welche den Systemdruck
im Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail) erzeugt, aufgebaut
werden.
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Die
Ansteuerung des Druckregelventils kann entweder von einem separaten
Steuergerät oder aber auch von dem Motorsteuergerät
oder dem Kupplungssteuergerät aus erfolgen. Die erwähnten Steuergeräte
sollen jedoch derart miteinander kommunizieren, dass relevante hybridspezifische
Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise ein Öffnen einer Kupplung
zwischen Verbrennungskraftmaschine und einem weiteren zusätzlichen
Antrieb, so z. B. eines E-Antriebes, welche in einem parallelen
Hybridantriebsstrang eingesetzt ist, erkannt wird und gegebenenfalls
mit einer Softwarefunktion als Signal für die Ansteuerung
oder Nicht-Ansteuerung des Druckregelventils, welches dem Hochdruckspeicher
zugeordnet ist, aufbereitet werden kann.
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In
einem elektrischen Hybridantrieb werden in einem als Parallelhybrid
ausgelegten Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine, im vorliegenden
Fall eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine, wie
z. B. ein Dieselmotor, sowie ein zusätzlicher Antrieb,
in diesem Falle ein E-Antrieb, mit der gleichen Drehzahl betrieben.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die
vorliegende Erfindung auch bei anderen Verbrennungsmotoren, wie
z. B. direkteinspritzenden Ottomotoren mit quasi leckagefreien Injektoren
eingesetzt werden kann sowie anstelle des hier als Hybridantrieb
eingesetzten E-Antriebes ein Hydraulikantrieb in Frage kommt.
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Im
Rekuperationsfalle gelangt die dem Fahrzeug innewohnende Bewegungsenergie über
die Antriebsachse an den in diesem Falle im Betriebsmodus Generator
arbeitenden mindestens einen E-Antrieb, wobei die Verbrennungskraftmaschine
in dieser Betriebsphase mechanisch vom Antriebsstrang getrennt ist.
Dies geschieht über eine Kupplung. Der mindestens eine
zusätzliche E-Antrieb und eine diesem zugeordnete Hochvoltbatterie
sind so dimensioniert, dass diese die in kurzen Zeitintervallen
anfallenden hohen Leistungen auffangen können. Die Hochleistungselektronik
mit AC/DC-Wandler sorgt für eine gegebenenfalls erforderliche
Aufbereitung der von dem mindestens einen zusätzlichen
Antrieb, in diesem Fall mindestens einen E-Antrieb, erzeugten elektrischen
Energie, so dass diese als Gleichstrom einer definierten Qualität
in der Hochvoltbatterie gespeichert werden kann. Des Weiteren kann
bei einem Hybridantrieb im Rekuperationsbetriebsmodus ein 14 Volt-Fahrzeugbordnetz
von der Hochvoltbatterie versorgt werden, was über einen
DC/DC-Wandler erfolgt.
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Der
Hybridantriebsstrang wird in vorteilhafter Weise als Parallelhybridantrieb
ausgelegt und kann sowohl eine als auch zwei Kupplungen umfassen.
In der Ausführungsform des Parallelhybridantriebes mit zwei
Kupplungen befindet sich eine erste Kupplung zwischen dem mindestens
einen zusätzlichen E-Antrieb und dem Fahrzeuggetriebe,
während sich die zweite Kupplung zwischen dem als selbstzündende Verbrennungskraftmaschine
ausgeführten Verbrennungsmotor und dem mindestens einen
zusätzlichen Antrieb, in diesem Falle einem E-Antrieb,
befindet. Bei Hybridantrieben, deren Verbrennungskraftmaschine einen
dieser zugeordneten Starter aufweist, kann die erste Kupplung zwischen
dem einen mindestens einen zusätzlichen E-Antrieb und dem
Fahrzeuggetriebe entfallen. Mit einem Parallelhybridantrieb, der
wie oben geschildert z. B. zwei Kupplungen umfasst, ist es möglich,
während des Fahrvorganges die Verbrennungskraftmaschine
mechanisch vom Antriebsstrang zu trennen, was durch die im Parallelhybridantrieb
vorgesehene zweite Kupplung erfolgt. Dadurch kann eine größere
Bewegungsenergie mit den Hybridkomponenten abgefangen, d. h. im
Rekuperationsmodus über die mechanischen Komponenten an
den mindestens einen zusätzlichen E-Antrieb übertragen
und zur Ladung z. B. der Hochvoltbatterie und der Speisung des 14
Volt-Bordnetzes genutzt werden.
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Sobald über
die zweite Kupplung die selbstzündende Verbrennungskraftmaschine
von dem mindestens einen zusätzlichen E-Antrieb getrennt
ist, verändert sich der Ist-Systemdruck im Hochdruckeinspritzsystem
(Common-Rail) im Vergleich zum Soll-Systemdruck. Dieser Zustand
kann nicht nur während der in der Regel kurz andauernden
Kupplungsvorgänge auftreten, sondern auch während Haltephasen
und während vergleichsweise längeren elektrischen
Fahrphasen, in denen der im Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail)
aufgebaute Systemdruck schleichend nachlässt.
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Im
Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine entspricht der Systemdruck,
der im Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail) vorgehalten
wird, einem ersten Druckniveau. Bei der Druckhaltefunktion für konventionelle
Stopp-Startsysteme hat das dem Hochdruckspeicher zugeordnete Druckregelventil
mit Hilfe einer in dessen elektronischer Steuerung abgelegten Funktion
für die Zeit des Motorstopps, d. h. die Zeitspanne, während
der die Verbrennungskraftmaschine abgeschaltet ist, den Systemdruck
möglichst aufrechtzuerhalten. Beim Betrieb des Fahrzeugs
mit selbstzündender Verbrennungskraftmaschine liegt ein
definierter Systemdruck im Hochdruckspeicherkörper vor;
in diesem herrscht ein zweites Druckni veau. Sobald die selbstzündende
Verbrennungskraftmaschine vom Parallelhybridantriebsstrang abgekuppelt
wird und eine Fahrphase rein elektrisches Fahren bzw. eine Rekuperationsphase
beginnt, oder das Fahrzeug hält, wird das Druckregelventil,
welches dem Hochdruckspeicherkörper zugeordnet ist, derart
angesprochen, dass der Systemdruck im Hochdruckspeicherkörper
gehalten wird und nicht entweichen kann. Das entsprechende Ansteuersignal
für diesen Vorgang an das Druckregelventil ergeht entweder
von der elektronischen Ventilsteuerung oder dem Fahrzeugsteuergerät
oder dem Kupplungssteuergerät.
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Sobald
die selbstzündende Verbrennungskraftmaschine im Parallelhybridstrang
wieder zugeschaltet wird und der Druck im Hochdruckspeicherkörper
(Common-Rail) sich vom Soll-Systemdruck des aktuellen Betriebspunktes
der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine unterscheidet,
kann mit Hilfe des Druckregelventils der herrschende Systemdruck
schnell angepasst werden. Für den Fall, dass der Soll-Systemdruck
im Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail) niedriger ist
als der aktuelle Druck im Hochdruckspeicherkörper, wird
das Druckregelventil so lange geöffnet, bis der Soll-Systemdruck
erreicht ist. Liegt der Soll-Systemdruck im Hochdruckspeicherkörper
(Common-Rail) höher als der aktuelle Druck im Hochdruckspeicherkörper,
bleibt das Druckregelventil so lange geschlossen, bis ein vorgegebener
Soll-Systemdruck erreicht ist.
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Bei
konventionellen Antrieben, in denen lediglich eine Verbrennungskraftmaschine
eingesetzt wird, wird das Druckregelventil vom Motorsteuergerät
angesteuert. Bei Betrieb eines mit Hybridantrieb ausgestatteten
Fahrzeugs mit mindestens einer elektrischen Maschine ist eine Koordination
des Verbrennungsmotors mit der mindestens einen elektrischen Maschine
erforderlich, die im Fahrzeugsteuergerät (VCU) stattfindet.
Das dem Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail) zugeordnete
Druckregelventil kann der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung folgend, außer durch dessen elektronische
Steuereinheit von Fahrzeugsteuergerät (VCU) oder von einem
Kupplungssteuergerät (CCU) direkt angesteuert werden. Eine
andere Möglichkeit stellt eine Signalweitergabe aus dem
Kupplungssteuergerät bzw. dem Fahrzeugsteuergerät
an die elektronische Steuerung des Druckregelventils dar. Die eigentliche
Ansteuerung findet in diesem Falle wie beim konventionellen, d.
h. nicht hybridischen Antrieb ohne mindestens eine zusätzliche
weitere elektrische Maschine mit Hilfe des elektronischen Steuergerätes
des Druckregelventils statt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Hybridstranges, der hier als Parallelhybridantriebsstrang ausgebildet
ist,
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2 ein
Kennfeld des Systemdrucks innerhalb eines Hochdruckspeicherkörpers
(Common-Rail), aufgetragen über Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine,
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3 ein
Hochdruckspeichereinspritzsystem mit Druckregelventil und
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4 die
Vernetzung von Hybridkomponenten eines Hybridantriebs für
ein Fahrzeug mit dessen CAN-Fahrzeugbus.
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Ausführungsformen
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Der
Darstellung gemäß 1 ist ein
Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug zu entnehmen, wobei
der in 1 dargestellte Hybridantriebsstrang als Parallelhybridantriebsstrang
ausgeführt ist.
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Wie 1 zeigt,
umfasst ein Hybridantriebsstrang 10 eine Verbrennungskraftmaschine 12.
Die Verbrennungskraftmaschine 12 kann entweder als eine
fremdgezündete Verbrennungskraftmaschine, wie z. B. ein
direkteinspritzender Ottomotor (BDE), oder aber als selbstzündende
Verbrennungskraftmaschine, z. B. als Dieselmotor ausgeführt
sein, der über ein Hochdruckspeichereinspritzsystem 96 (vergleiche
Darstellung gemäß 3) mit Kraftstoff
versorgt wird. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die
Verbrennungskraftmaschine 12, die als eine selbstzündende
Verbrennungskraftmaschine ausgeführt ist und über
ein Hochdruckspeichereinspritzsystem 96 mit Kraftstoff
versorgt wird.
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Der
Hybridantriebsstrang 10 gemäß der Darstellung
in 1 umfasst neben der Verbrennungskraftmaschine 12 mindestens
einen E-Antrieb 14. Der mindestens eine E-Antrieb 14 wirkt
unter Zwischenschaltung einer ersten Kupplung 22 mit einem Fahrzeuggetriebe 16 zusammen,
welches seinerseits auf einen Achsantrieb 18 wirkt. Über
den Achsantrieb 18 wird eine hier nur schematisch dargestellte Antriebsachse 20 angetrieben.
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Der
in der Darstellung gemäß 1 als Parallelhybridantriebsstrang
ausgeführte Hybridantriebsstrang 10 umfasst neben
der bereits angesprochenen ersten Kupplung 22 zwischen
dem mindestens einen E-Antrieb 14 und dem Getriebe 16 eine weitere,
zweite Kupplung 24. Über die weitere, zweite Kupplung 24 können
die Verbrennungskraftmaschine 12 und der mindestens eine
E-Antrieb 14 voneinander getrennt werden. Im Rekuperationsfall
gelangt die Fahrzeugbewegungsenergie über die Antriebsachse 20 und
das in umgekehrte Richtung beaufschlagte Fahrzeuggetriebe 16 und
die geschlossene erste Kupplung 22 an den mindestens einen
E-Antrieb 14, der im Generatorbetriebsmodus betrieben wird.
In dieser Betriebsphase ist die Verbrennungskraftmaschine 12 mechanisch
vom Antriebsstrang 10 durch die offen stehende zweite Kupplung 24 getrennt.
Der mindestens eine E-Antrieb 14 und eine diesem zugeordnete
Hochvoltbatterie 26 sind so groß dimensioniert,
dass diese in kurzen Zeitintervallen anfallende hohe Leistungen
der Fahrzeugbewegungen auffangen können, d. h. im Rekuperationsfall über
den mindestens einen E-Antrieb 14 eingespeiste Energie
speichern können. Eine Hochleistungselektronik, die einerseits
mindestens einen AC/DC-Wandler 32 und andererseits mindestens
einen Gleichstromwandler 30 umfasst, sorgt für
eine notwendige Aufbereitung der von dem mindestens einen E-Antrieb 14 generierten
elektrischen Energie, so dass diese als Gleichstrom einer definierten
Qualität in die mindestens eine Hochvoltbatterie 26 eingespeist
werden kann. Ferner kann üblicherweise bei einem Hybridantrieb
ein in 1 nicht dargestelltes Fahrzeugbordnetz (14 Volt-Bordnetz)
von der Hochvoltbatterie 26 aus versorgt werden. In der
Darstellung gemäß 1 wäre
das Fahrzeugnetz der Niedervoltbatterie 28 gleichzusetzen.
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Über
die zweite Kupplung 24 zwischen der Verbrennungskraftmaschine 12 und
dem mindestens einen E-Antrieb 14 ist es möglich,
während des Fahrvorgangs die Verbrennungskraftmaschine 12 mechanisch
vom Hybridantriebsstrang 10 zu trennen, so dass eine größere
Bewegungsenergie von den Hybridkomponenten aufgefangen und in elektrische
Energie umgewandelt werden kann. Sobald über die zweite
Kupplung 24 die Verbrennungskraftmaschine 12 vom
mindestens einen E-Antrieb 14 getrennt ist, verändert
sich ein Ist-Systemdruck innerhalb eines Hochdruckspeicherkörpers 44 (vergleiche 3) des
Hochdruckspeichereinspritzsystems 96 im Vergleich zu einem
vorgegebenen Soll-Systemdruck. Dieser Zustand tritt in der Regel
nicht nur während kurzer Kuppelvorgänge auf, sondern
auch in Haltephasen des Kraftfahrzeugs und während vergleichsweise
längerer elektrischer Fahrphasen.
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2 zeigt
das Kennfeld des im Hochdruckspeicherkörper (Common-Rail)
eines Hochdruckspeichereinspritzsystems herrschenden Systemdruckes,
aufgetragen über die Drehzahl und die Last einer Verbrennungskraftmaschine.
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Wie 2 entnommen
werden kann, entspricht ein durch Bezugszeichen 38 dargestellter Druck
im Kennfeld 34 gemäß der Darstellung
in 2, einem Systemdruck bei Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine.
Dieser Zustand der Verbrennungskraftmaschine 12 ist durch
eine geringe Leerlaufdrehzahl und einer nahe bei Null liegenden
Last gekennzeich net. Bei der üblicherweise bei konventionellen
Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschinen mit Hochdruckspeichereinspritzsystem
implementierten Druckhaltefunktion für Stopp/Startsysteme,
wird ein Druckregelventil 48 (vergleiche Darstellung gemäß 3)
für die Zeit eines Motorstopps, d. h. bei abgeschalteter
Verbrennungskraftmaschine 12, im Modus Druckhaltefunktion
gehalten, so dass der im Hochdruckspeicherkörper 44 des
Hochdruckspeichereinspritzsystems 96 herrschende Systemdruck möglichst
lange aufrecht erhalten bleibt und sich kein schleichender Druckverlust
einstellt.
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Beim
Betrieb des Kraftfahrzeuges mit der Verbrennungskraftmaschine 12 liegt
ein definierter Systemdruck im Hochdruckspeicherkörper 44 vor,
im Kennfeld 34 gemäß der Darstellung
in 2 durch Position 40 identifiziert. Sobald
die Verbrennungskraftmaschine vom Hybridantriebsstrang 10 abgekuppelt
wird und sich z. B. eine rein elektrische Fahrphase anschließt,
bzw. eine Rekuperationsphase beginnt, oder das Fahrzeug anhält,
wird das Druckregelventil 48 derart angesteuert, dass der
Druck im Hochdruckspeicherkörper 44 nicht entweichen
kann. In diesem Fall übernimmt das Druckregelventil 48 die Druckhaltefunktion.
Der Befehl für diese Funktion kann entweder von einer Steuereinheit 68 (EDC) oder
einem Fahrzeugsteuergerät 82 (VCU) oder auch von
einem Kupplungssteuergerät 78 (CCU) ausgehen.
In Kennfeld 34 gemäß der Darstellung
in 2 ist der Systemdruck, der sich im Hochdruckspeicherkörper 44 kurz
vor Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 12 bzw. kurz
vor deren Abkuppeln vom Hybridantriebsstrang 10 durch Betätigung der
zweiten Kupplung 24 einstellt, durch Bezugszeichen 40 identifiziert.
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Ist
nun die rein elektrische Fahrphase bzw. die Rekuperationsphase beendet,
und soll die Verbrennungskraftmaschine 12 wieder zugeschaltet werden
und wird mittels eines Drucksensors 46 erfasst, dass der
Systemdruck im Hochdruckspeicherkörper 44 sich
von der Sollgröße des Systemdrucks zum Zeitpunkt
des aktuellen Betriebspunktes der Verbrennungskraftmaschine unterscheidet,
kann durch eine Ansteuerung des Druckregelventiles 48 der
Systemdruck sehr schnell nachgesteuert werden. Wird über
den Drucksensor 46 erkannt, dass ein Soll-Systemdruck 42,
der dem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 12 entspricht, und
der Druck im Hochdruckspeicherkörper 44 niedriger
ist, so wird das Druckregelventil 48 geschlossen und es
erfolgt ein Druckaufbau, bis der Soll-Systemdruck erreicht ist.
Im umgekehrten Falle, d. h. wenn der Soll-Systemdruck im Hochdruckspeicherkörper 44 (Common-Rail)
höher liegt als der aktuelle, tatsächlich im Hochdruckspeicherkörper 44 herrschende
Druck, so wird das Druckregelventil 48 so lange geöffnet
und Kraftstoff abgelassen, bis der Soll-Systemdruck erreicht ist.
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Der
Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass durch
Bezugszeichen 36 die Volllast-Kennlinie der Verbrennungskraftmaschine 12 im
Kennfeld 34 gemäß der Darstellung in 2 dargestellt
ist.
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3 zeigt
den schematischen Aufbau eines Hochdruckspeichereinspritzsystems
zur Kraftstoffversorgung selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen.
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Das
Hochdruckspeichereinspritzsystem 96 umfasst den in der
Regel als geschweißtes Bauteil oder als Schmiedebauteil
ausgebildeten Hochdruckspeicherkörper 44 (Common-Rail).
Der Hochdruckspeicherkörper 44 ist als rohrförmiges,
länglich gestrecktes Bauteil ausgebildet und weist eine
Anzahl von Anschlussstutzen 50 auf. Die Anzahl von Anschlussstutzen
entspricht der Anzahl von mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff
zu versorgenden Kraftstoffinjektoren 64. Daneben ist am
Umfang des in der Regel rohrförmig ausgebildeten Hochdruckspeicherkörpers 44 gemäß der
Darstellung in 3, ein Anschlussstutzen vorgesehen,
an dem eine von der Hochdruckförderpumpe 52 kommende
und von dieser beaufschlagte Hochdruckleitung 60 angeschlossen
wird. Des Weiteren befindet sich an einer Stirnseite des in der
Regel rohrförmig ausgebildeten Hochdruckspeicherkörpers 44 (Common-Rail)
das Druckregelventil 48 und auf der diesem gegenüberliegenden
Stirnseite des Hochdruckspeicherkörpers 44 der
Drucksensor 46.
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Der
Systemdruck im Hochdruckspeicherkörper 44 wird über
die bereits erwähnte Hochdruckpumpe 52 erzeugt.
Diesem ist ein Kraftstofffilter 54 vorgeschaltet. Der Kraftstofffilter 54 wiederum
ist einer Elektrokraftstoffpumpe 56 nachgeschaltet, welche
den Kraftstoff aus einem Tank 58 ansaugt. In den Tank 58 mündet
ein Rücklauf 66, in den von den Kraftstoffinjektoren 64 abgesteuerte
Steuermenge, so z. B. bei Druckentlastung von Steuerräumen
abgesteuerter Kraftstoff bzw. Leckage in den Tank zurückgefördert
wird.
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Aus 3 geht
hervor, dass das Druckregelventil 48 und der dem Hochdruckspeicherkörper 44 (Common-Rail)
zugeordnete Drucksensor 46 mit der Steuereinheit 68 (EDC)
verbunden sind. Die Druckhaltefunktion wird dem Druckregelventil 48 über
die Ansteuerung mit dem entsprechenden Signal von der Steuereinheit 68 (EDC) übermittelt.
Der jeweils herrschende Druck im Hochdruckspeicherkörper 44 wird über
den Drucksensor 46 erfasst und über die in 3 dargestellte
Signalleitung an die Steuereinheit 68 (EDC) übermittelt.
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Damit
ist es über die Steuereinheit 68 (EDC) möglich,
ein Druckregelventil 48 entgegen einer Druckhaltefunktion
zu öffnen, so dass Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicherkörper 44 in
den Kraftstofftank 58 entweicht; andererseits ist durch
die entsprechende Ansteue rung des Druckregelventils 48 über die
Steuereinheit 68 (EDC) eine Erhöhung des Systemdrucks
im Hochdruckspeicherkörper 44 möglich, wenn
das Druckregelventil 48 in den Modus Druckhaltefunktion
angesteuert wird. In diesem Falle erfolgt die Druckerhöhung
im Hochdruckspeicherkörper 44 durch dessen Beaufschlagung
durch die Hochdruckpumpe 52.
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4 zeigt
einen Hybridantriebsstrang 10, mit Verbrennungskraftmaschine
und mindestens einer Kupplung, welche die Verbrennungskraftmaschine 12 und
den mindestens einen E-Antrieb 14 voneinander trennt. Die
erste Kupplung 22, vgl. 1 kann z.
B. im Getriebe 16 verbaut sein oder auch gar nicht vorhanden
sein.
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Der
Darstellung gemäß 4 ist des
Weiteren zu entnehmen, dass sich zwischen dem Getriebe 16 je
nach Ausführungsform mit Doppelkupplungsgetriebe und der
Verbrennungskraftmaschine 12 die erste oder zweite Kupplung 22 bzw. 24 befindet.
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Der
mindestens eine E-Antrieb 14 ist direkt mit dem Getriebe 16 gekoppelt
und treibt dieses eingangsseitig an. Ausgangsseitig wirkt das Getriebe 16 auf
den Achsantrieb 18, der seinerseits die Antriebsachse 20 des
Hybridantriebsstrangs 10 antreibt. Des Weiteren sind im
Antriebsstrang 10 gemäß der darstellenden 4 die
Traktionsbatterie 26 dargestellt, bei der es sich in der
Regel um eine Hochvoltbatterie handelt. Mit Bezugszeichen 72 ist
ein z. B. als 14 Volt-Bordnetz ausgelegtes Bordnetz angedeutet.
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Bezugszeichen 70 bezeichnet
einen Serien-CAN, einen Fahrzeugbus, über den zwischen
einzelnen Steuergeräten auszutauschende Signale bzw. Ansteuerimpulse übermittelt
werden. Wie 4 entnehmbar ist, umfasst der
mit Bezugszeichen 70 bezeichnete CAN-Bus z. B. Schnittstellen
zu einem ESP-System 98 bzw. ASR-System 100. Über
ein Gateway 90 ist der CAN-Bus mit einem Gateway-CAN-Bus 92 verbindbar. Über
einen Hybrid-CAN-Bus 94 werden die Aggregate mit dem Fahrzeugsteuergerät
(VCU) 82 verbunden. Der Gateway-CAN-Bus 92 verbindet
die Steuereinheit 68 mit dem Fahrzeugsteuergerät 82.
Der serienmäßig vorgesehene CAN-Bus 70 übernimmt
bei konventionellen Antrieben die Kommunikation zwischen den Aggregaten
zum Fahrzeugsteuergerät 68.
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Über
das Gateway 90 kommuniziert der Serien-CAN 70,
der mit Schnittstellen zu Komponenten mit dem ESP-System 98 in
dem ASR-System 100 versehen ist, auch mit einem Fahrzeugsteuergerät 82. Über
das Gateway 90 kann eine Verbindung mit der Steuereinheit 68 geschaffen
werden, die mit einem Hybrid-CAN-Bus (vergleiche Bezugszeichen 94)
kommuniziert. Der Hybrid-CAN-Bus 94 übernimmt
den Signal- und Ansteuerungsaustausch zur Traktionsbatterie 26 und
zum Fahrzeugbordnetz 72 so z. B. dann, wenn das Fahrzeugbordnetz 52 im
rein elektrischen Fahrbetrieb über den generatorisch betriebenen mindestens
einen E-Antrieb 14 gespeist werden kann. Wie aus 4 hervorgeht,
kommuniziert die Steuereinheit 68 mit dem Hochdruckspeichereinspritzsystem 96 zur
Versorgung der Verbrennungskraftmaschine 12, wobei die
einzelnen Komponenten des Hochdruckspeichereinspritzsystems 96, insbesondere
das dem Hochdruckspeicherkörper 44 zugeordnete
Druckregelventil 48 der dem Hochdruckspeicherkörper 44 zugeordnete
Drucksensor 46 aus Gründen der Übersicht
in 4 fortgelassen wurden (vgl. jedoch 3). Über
den Hybrid-CAN-Bus 94 erfolgt auch die Ansteuerung eines Klimaanlagenkompressors
(vergleiche Bezugszeichen 74). 4 zeigt
des Weiteren, dass der mindestens eine E-Antrieb 14 über
ein separates Steuergerät 80 verfügt,
ebenso wie die Kupplung 24. In der Darstellung gemäß 4 ist
die Ausführungsvariante eines Parallelhybridantriebs mit
Doppelkupplungsgetriebe dargestellt.
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Die
Kupplung 24 wird über ein durch Bezugszeichen 78 angedeutetes
Kupplungssteuergerät angesteuert; dem Getriebe 16 des
Hybridantriebsstranges 10 ist des Weiteren ein Getriebesteuergerät (GCU) 76 zugeordnet.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das
Fahrzeugsteuergerät 82 jeweils im Signalaustausch
mit einem Fahrwertgeber 86 bzw. einem Steuergerät
für die Kühlung 84 steht bzw. den Gleichstromregler 30 (vergleiche
Darstellung gemäß 1) zwischen
dem Bordnetz und der Hochvoltbatterie 26, um ein Beispiel
zu nennen, regelt.
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In
der Darstellung gemäß 4 sind die Steuereinheit 68 sowie
das Kupplungssteuergerät 78 herausgehoben. Über
diese beiden Steuereinheiten 68, 78 kann das Druckregelventil 48, über
welches die Druckhaltefunktion am Hochdruckspeicherkörper 44 implementiert
werden kann, angesteuert werden. Die Steuereinheit 68 ist
bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung von 3 erwähnt. Über
das in 4 dargestellte Kupplungssteuergerät 78 kann
z. B. die Ansteuerung der zweiten Kupplung 24, die die Verbrennungskraftmaschine 12 vom
mindestens einen E-Antrieb trennt, erfolgen. Je nach geschlossener
Position der Kupplung 24 kann erkannt werden, ob die Verbrennungskraftmaschine 12 mit
dem Hybridantriebsstrang 10 gekoppelt oder von diesem abgekoppelt
ist. Über dieses Signal, welches im Kupplungssteuergerät 78 vorliegt,
kann das Druckregelventil 48 derart angesteuert werden,
dass der Druck im Hochdruckspeicherkörper 44 nicht
entweichen kann und eine Druckhaltefunktion aktiviert wird. Der Befehl
für diesen Vorgang kann entweder von der Steuereinheit 68,
wie oben bereits beschrieben, oder dem Motorsteuergerät 82 oder
dem bereits erwähnten Kupplungssteuergerät 78 ausgehen.
Kurz vor dem Zuschalten der Verbrennungskraftmaschine 12, d.
h. gegen Ende der Betriebsphase rein elektrisches Fahren bzw. gegen
der Ende der Betriebsphase Rekuperationsbetrieb, kann der aktuell
im Hochdruckspeicherkörper 44 herrschende Systemdruck
angepasst werden und zwar derart, dass bei einem zu hohen Systemdruck
im Hochdruckspeicherkörper 44 Kraftstoff aus diesem
in den Tank 58 abgesteuert wird, oder bei einem zu niedrigen
Systemdruck im Hochdruckspeicherkörper 44 ein
Aufbau des Systemdrucks in diesem über die Hochdruckpumpe 52 erfolgt.
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Gemäß der
Darstellung in 4, bestehen also demnach mehrere
Möglichkeiten, das Druckregelventil 58 anzusteuern.
Dazu eignen sich neben der Steuereinheit 68 auch das Fahrzeugsteuergerät 82 und
das Kupplungssteuergerät 78. Eine andere Möglichkeit
besteht in der Signalweitergabe aus dem Kupplungssteuergerät 78 und
des Fahrzeugsteuergeräts 82 und von dort an die
Steuereinheit 68. Die eigentliche Ansteuerung findet in
diesem Falle wie bei konventionellen, d. h. bei Antriebssträngen
ohne hybride Komponenten mit Hilfe der Steuereinheit 68 unmittelbar
statt.
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Wenngleich
der in den 1 und 4 dargestellte
Hybridantriebsstrang anhand mindestens eines zusätzlichen
E-Antriebs 14 beschrieben wurde, so ist es selbstverständlich
möglich, den Hybridantriebsstrang 10, sei es ein
einfacher Hybridantriebsstrang, sei es ein Parallelhybridantriebsstrang
wie in 1 dargestellt, anstelle mit mindestens einem E-Antrieb 14,
mit einem hydraulischen Antrieb anstelle eines E-Antriebes zu versehen.
Die Verbrennungskraftmaschine 12 kann gemäß den
oben stehenden Ausführungen außer als selbstzündende
Verbrennungskraftmaschine mit einem Hochdruckspeicherdrucksystem 96,
auch als direkt einspritzender Ottomotor mit leckagefreien Kraftstoffinjektoren 64 ausgestaltet
sein. Bei diesen Konzepten von Verbrennungskraftmaschinen ist die
Implementierung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Systemdrucküberwachung in einem Kraftstoffspeicher bzw.
-verteiler und dessen Anpassung abhängig vom Betriebspunkt der
Verbrennungskraftmaschine 12 ebenfalls einsetzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005040783
A1 [0003]
- - DE 1020005040783 A1 [0003]